“焦家断裂带”黄金矿床地下开采引起的地表移动规律.pdf

功裂 j『 袤 第 1 5卷 第 4期 山东矿业学院学报 1 9 9 6 年 l 2 月 j oURNAL OF S HANDONG M I NI NG I NS TI TUTE V o 1 ． 1 5 De c． 19 96 a e 1 。 冬 “ 焦家断裂带“ 黄金矿床地下开采 引起 的地表移 动规 律 栾 元重 地 球科 学 系 摘要提 出 了 燕 家断 裂带 黄 空 开采 的岩 移誊数 及 概 率积 分 击 的誊 敷 和移 动 变 开 ； 分 布． 研 究 了 多 中段 联 合 开采 曲地表 移 动观律 ． 并且提 出了治理 的方 案 。 关键 词地 表移动 ； 岩移 参数 ； 变 开 j 分布 ； 最 小二柬 岳 ； 概 率积 分 击 中圈分 类 号T D3 2 5 4 “ 焦家断裂带” 黄金 矿床位于山东省莱州市 及招远市 境 内， 这 个地 区 已建设 了十 多个 大 中 型金矿。该 矿 区主要 有四个矿 体， 矿 体厚 度为 0 8 5 2 8 ． 1 5 m 矿体倾 向北西 ， 倾 角 2 5 。 ～4 5 。 ， 一 1 2 0 m 以上 采用斜井开拓， 深部采 用立井开拓， 多 中段联合 开采并 且 充填 采空 区。 由于大 面 积开采， 地表 及地表建 、 构筑物破坏严重 ， 国家黄金 局列 项开 展 了招远 市河西金 矿地 表 移动观 测研究 工作 。河 西金矿 已完成 四个 中段 采矿 ， 即 一1 0 w ． ， ～2 0 m， 一4 0 m， 一7 0 m。综合 地 表岩 移观测 资料 ， 确定了“ 焦家断裂带 ” 黄金矿 床开 采引起的地 表移 动的基 本规律 ， 对今后开采设计 和台理 地开 发及安全 生产提供 了科学依据。 1 观 测站 设 计 与观 测 l l观测站设计 为了充分反映地表移动与变形分布 的规律 ， 分别 沿矿体走 向和倾 向主断面布设 了观测线 ， 由于河西金矿地质采矿条件和地形条 件 比较复 杂． 分别 选 取 了 1 1 2 、 l 1 6 、 1 2 0 、 1 2 4 、 1 2 8地质勘 探线， 并根据这 五条 测线确定矿体尺寸 ， 沿矿床倾 向布设 了三 条观测 线， 沿矿体 走 向市 设 了四 条观测线 ， 工作测点 7 O个 ， 控制点 7个 。 由于本矿 区没有 岩石移 动参数 ， 本次设计 采 用类 比法 选定移 动角参数 如表 l所示 表 1 移 动角参 数值 水 平 厚度 平 均鬻 探 穆 动 角 岩石 性质 硬 度 顿角 f m 】 m 】 7 f 走 向f 晟大下 沉 角 l表土 花岗岩 坚 l 2 5 4 5 0 - 8 ～2 8 9 5 7 0 5 5 ‘ 7 5 。 7 0 4 5 。 收 穑 日期I 9 9 5 一 n一2 维普资讯 1 8 山 东矿业学院学报 第 l 5卷 1 ． 2观测站的观测 最长的观测线为 l l 0 0 m， 观测站 的观 测工作包 括 观 测站与矿 区平面和 高程控制 点联测 、 全面观测 及 日常观测 使用仪 器为 日本 生 产的 S e t 2 c 全 站仪及 B 水准仪 ， 自 1 9 9 3年 6月至 1 9 9 5年 l O月进行三次全 面观测， 九次 日常观测 ， 获 得了丰富的变形数据 。 1 ， 3 塌陷垸与地裂 缝测量 用全站仪测定各变形特征 点的坐标， 并填 绘在 1 ／ 1 0 0 0井上 、 下对 照 图上 。对 建筑 物上裂 缝进行 了编号 ， 在裂缝的两端用 油漆 画线作标 志， 观测裂缝的位置 、 走向 、 长 度、 宽度等项 目。 2 地表移动的参数及变形分布 2 1 地表移动概况 自 1 9 9 3年 6月建立观测站并开 始观测 来， 各种变形量逐渐 增大， 形成 了下沉盆 地， 实测 最大下沉值为 4 8 2 m ， 综观 整个 沉降过程 ， 发现各测点下沉 比较均匀 ， 但个别地段有突变及塌 陷坑 ， 主要是 早期个体 采矿及矿 方浅 部采矿未充填密实等原 因造成 ， 由于地表移动未达到充分 采 动， 整个下沉盆地象锅形 ， 未 出现平底 。 2 2移动变形的最大值及 其位 置 观} 劓 最大下 沉点 最大 下沉 速度 最大 水平 移动 最大 倾斜 最 大 曲率 最大 水平 变形 剖面 mr 【 1 mr , U 月 mm1 ram／ m 1 0。 ／ m mr n ／ m 线 值 位 置 数值 位置 数值 位 置 数 值 位 置 数值 位 置 敦值 位 置 倾向 [ 9 9 6 5 3 0 5 -- 6 2 ． 2 4 4 5 1 1 6线 3 0 6 5 1 2 9 1 5 5 0． t 1 4 5 2 1 7 9 7 5 2 3 7 5 5 2 5 3 2． 98 5 6 走向线 4 8 2 9 3 8 9 9 1 9 8 8 4 8 5 7 5 1 1 1 0 2 1 5 8 8 --7 3 7 5 3 1 3 0 0 1 1 3 3 0 2 98 3 7 -- 6 I 通过 l 2次 观测 结果 ， 求 出了主要 特征 点最 大移 动和变形 值列于表 2 。由表 2看 出 在 垂 直矿 体 走 向剖面线 1 1 6线 上， 最大曲率点与最大下沉点基本重合， 而走向线上最大下沉点与 j 最大 曲率点不重 合 ； 最大 下 沉点偏 向采空 区一 侧， 最 大下沉 点 ’ 与最大曲率 负 重 合 与否取 决于 充分采 动程度 。在走 向和 倾 斜观测线上倾斜及水平变形均 出现正负两个极值。 2 ． 3 岩 移参数 的确定 按照 黑色冶金矿 山测量技 术规 程 规 定， 依据下列临界变 形值 与下沉值 倾斜 i 4 mm／ m、 水平变 形 E 2 mm／ m、 曲率 R0 2 mm／ m 、 临 界下 沉值 1 0 mm。先在 各个 剖 附图下沉速度曲线 面图上标 出各个 临界变 形值 的位 置， 同时也将地 裂缝 的位置转绘 到剖 面 图上 。并 且考虑表 土 层的影响 ， 求出各角值 参数如表 3所示 维普资讯 第 4期 栾元重 “ 焦家断 裂带” 黄垒 矿床 地下开采 引起的地表 移动规 律 1 9 表 3角 参数 面 埕L l 一 】 茸 上山 I 上山 1 ～ _T ～一 一一 一 走向线5 8l 詈 一 _广l 晰一l ’ 2 4地表最大 下沉速度分析 根据各 次 观测 结 果 分析 计 算， 可获走 向线 9号点 及 倾 向线 5 5号 点下沉速 度最 大 ， 绘 制 这 两点 下 沉 速度曲线如 附图所示 。由下沉速度 曲线可见， “ 焦家 断裂 带 ” 黄 金矿 床 开采 地表 移 动 比较 平 缓． 没有 剧 烈 的危险变形期． 但持 续时 间较 长， 具 有波 动性 ． 从这 一点说 明金矿 监测 地表 变形 就是一 项 长期 的工作 ， 应与生产同步进行 。 2 5地表水平移动分析 由于观测站 为网形 ， 走向及倾 向观测 线均不严格的在一条直线上 ， 各条观 测线的水平移动 计算 方法 为 将 同一条 观测线 中工作 点与该 线的控制 点间的首 次与 柬次 边长改 化到 同 一观 测 线 上， 分别为 n 及 “ ， 则 各点 水平移 动为 n Li 一Li 水平 变形为 ￡ “ ／ L 同时， 地表 点也 反映 了点位 移情况 ， 地表 点 P移动到 P 时， P P 是一个具有 大 小和方向的 量 ． 其模 为 1 A1 ， △ △y 方向为 t g 根 据该 公方绘地表移动 矢量 图， 可知 各测 点水平 移动均指 向采 空区 中心 ， 其移 动量大 小 分 布也较均匀。 3 地 表 移 动参 数 反 分析 为 了求得本矿 区地表 移动与变形 的概率 积分法参数 ， 应根 据 网形观测 站 的工 作点下沉 量 及水平移动量 ， 采用反分析 方法 来求取 。 3 1 参数反分析原理 根据概率积分法 预测理论 ， 任意点 A ， 的下沉和移动分别 与下列参数有关 叫 ， ， ∞ ， Y ， q ， t e P ， ． 2 ， 3 ， 4 t O- ， Y “ ， Y． b， 0 可根据实测资料 ． 按 阻尼最小二乘 原理 来确定上述 岩 移参 数， 即观测 值 ． ， “ 与理论 计 算 值 ． ， ． 满足下列关 系 ∑ 一 ， mi n ∑ 一 rai n 将 非线性函数 ∞ ， 及 “ ， 线性化 以 ∞ ， j r 为例 ， “ I d q0 2 dt g 卢。 3 d s l n 4 d s 2 。 5 d s 3 十 6 d { 由任意点 i 的计算 值与 实测值之 差得到误差方程式为 I n l 口a 2 t g p。 3 ,d s l a 4 1 。 5 ,d s 3 6 4 用矩 阵表 示为 vA．r 维普资讯 山 东矿业学院学报 第 1 5卷 按阻 尼最z b-__乘法 [ v V] rai n可得参数估值 A A 一 ‘ Ar l 最终参数为 q d q ， t g fl t g d t g ,8 ， s s d s ， b b b d， 00 d Q 3 2 概率积分法岩移参数 应用上述反分 析技术， 根据 网形观测站监 测的下 沉值及 水平 移动值 ， 输入 初值后 ， 求 得改 正数 ， 计 算机计算的最 终参数 如表 4所 示。 表 4 最 终参 数 计算 机 计算 结果 观棰 I 线 下沉系数q 水平移动系数b t l 拐点偏移距 s 影响传布角09 0 ‘ 一 k 古 1 1 1 1 上 山 2 1 H 倾向 11 6 下 山0 1 7H 左0 2 8 H 走向 0 0 B 【0． 4 1 1 2 k0 6 l 右0 4 塌 陷治 理 成 果 布设 地表岩移观测站 ， 掌握了地表移 动及破坏 的基本 规律 ， 目的 是充分 和 j 用 国家 资源 ， 提 高建筑 物 下矿体 回采 率， 保证 地面 建筑物的安全使 用。在塌 陷治理方面取得如下成果 1 对“ 焦家 断裂带” 一2 0 m 以上矿体可 以采 用露 天开采， 并不会发 生大规模 的滑 坡 2 在建筑物 下采矿 时， 通过岩移观测 ， 可 了解 地 下充填井 下采空 区的情况 和存在 的 问题 如 固井 下充填不接顶造成 的沉 陷过 大 ， 从而挺高投 资效 益。 3 确定村庄及矿 山建筑物 下矿体安全 回采方案 ， 制定切实 可行 的治理措施 。 4 采取 的措 施有效地治理 了塌陷盆地 ， 保证 了采 动铁 路及各类 房屋的安 全。 5结语 通过“ 焦家断裂带” 地表岩移 的研究 工作 ， 获得 了岩 移角值 及概率积分法 岩移参 数， 正确地 画出了地表移 动范围， 裂缝 区范 围， 认识 了多中段联合 开采黄 金矿 山地表 移动规律 ， 并且在塌 陷治理方 面取得 了明显的社会 和经济 效益。为矿 区深 部开 采设计 挺供 了准确 参数， 丰富和 发 展 了对 黄金矿 山地表岩移 动规律 的认识 。 参考文献 I 河 西金 矿山东矿 院 ． 山东省招 远 市 河西金 矿地 表移 动观 测研 究成 果1 9 9 5 Sur f a c e M ov e m e nt La w Ca u s e d by t he Unde r g r o u nd M i ni ng o f Go l d De p o s i t i n ” J i a o j i a F a u l t Z o n e ” Lu a n Yn an z h ong D e p t Ge o s m e n c e AB S TRACT Thi s p a p e r p r o p o s e d t h e r o c k mo v e me n t p a r a me t e r s ，t he p a r a me t e r s o f p rob a b i l i t y i nt e g r a l me t h o d a n d mo v e me n t d 4o r ma t i o n d i s t r i b u t i o n i n ” J i a o j i a f a u l t 2 , o D e ”Th e s u l “ f a e e mo v e me n t l a w o f mu l t i s u b l e v e l s u n i t e d mi n i n g i s d i s c u s e d a n d c o n t r o l me a s u r e s a r e p r e s e n t e d． KEY W 0RDS S u r f a e e mo v e me n t ；r oc k mo v e me t pa r a me t e r ； d e f o r ma t i o n d i s t r i b u t i o n ； l e a s t s q u a r e me t h o d； p r o b a b i l i t y i n t e g r a l me t h o d ； mi n i n g s u b s i d e n c e ． 维普资讯